裂缝性页岩储层水力压裂多簇裂缝扩展的FEM-DFN数值模拟

为有效模拟裂缝性页岩储层中水力裂缝的随机扩展并准确描述其拉张、剪切和混合损伤行为,建立渗流-应力-损伤耦合的裂缝扩展有限元-离散裂缝网络模型,并通过黏性主导的解析模型进行验证。研究不同天然裂缝逼近角、簇间距、水平应力差和压裂泵注排量下的多簇裂缝扩展数值模拟,探讨天然裂缝对水力裂缝扩展的影响机制。研究表明:(1)水力裂缝与天然裂缝主要存在水力裂缝穿过天然裂缝、水力裂缝开启天然裂缝和水力裂缝被天然裂缝阻止3种相互作用机制;(2)随逼近角越大,天然裂缝越容易使水力裂缝扩展方向发生偏转甚至阻止水力裂缝扩展;(3)簇间距、水平应力差和泵注排量的提高均能在一定程度上促进多簇裂缝扩展的均匀程度。本文模型能更加准确地描述水力压裂多簇裂缝的扩展行为,可为裂缝性页岩储层的水力压裂数值模拟提供新手段。

基于三维形态仿真的自支撑裂缝闭合规律数值模拟研究

页岩自支撑裂缝闭合过程对于页岩气井产量有着重要影响,而现有自支撑裂缝闭合数值模拟方法未考虑真实粗糙裂缝形态和岩石塑性变形特征。本文提出了一种基于激光扫描的粗糙裂缝形态三维仿真方法,建立了考虑塑性特征的真实裂缝面接触变形模型,模型平均误差9.4%;在此基础上分析了页岩自支撑裂缝闭合过程中的应力状态、流动通道和残余宽度变化,探究了表面粗糙度、滑移量、力学性质对自支撑裂缝闭合过程的影响规律。结果表明,具备高粗糙度、大滑移量、高杨氏模量特征的自支撑裂缝通常具有较高的残余宽度;针对四川盆地龙马溪组页岩储层,自支撑裂缝在60MPa闭合应力作用下的残余宽度仍保持在0.7mm以上,能够提供一定程度的流动通道和导流能力。